バッファ溶液の機能とは？

1908年、ローレンス・ジョセフ・ヘンダーソンは代謝性アシドーシスを解析する中で、炭酸のバッファー作用を示す数学式を提案しました。1916年、カール・アルバート・ハッセルバルクがこの式を対数形に変換し、現在も広く用いられるヘンダーソン‑ハッセルバルク方程式が完成しました。

バッファ溶液とは

バッファ溶液は弱酸とその塩、または弱塩基とその塩から構成されます。少量の酸やアルカリを加えてもpHが変化しにくく、化学実験や工業プロセスでpHを一定に保つために使用されます。

機能

バッファ溶液は余分に加わる水素イオン（H⁺）や水酸化物イオン（OH⁻）を中和する成分を含みます。これがないとpHは変化します。酸性バッファとアルカリ性バッファはそれぞれ異なる方法でこの役割を果たします。

酸性・アルカリ性バッファ溶液

酸性バッファはpHが7未満で、一般に弱酸とそのナトリウム塩から作られます。例えばリン酸塩バッファは生体実験で頻繁に使用され、pKaが2.15、6.86、12.32と複数あるため、pH2、pH6、pH12のいずれでも調整可能です。酸と塩の比率を変える、または別の酸・塩組み合わせにすることでpHを設定します。アルカリ性バッファはpHが7以上で、弱塩基とその塩から作られます。濃度比が一定であればpHは変わりません。

ル・シャトリエの原理

ル・シャトリエの原理は、平衡状態にある溶液に濃度、圧力、温度の変化を加えると、系が新たな平衡へとシフトし、変化を打ち消す方向に働くことを示します。バッファ溶液を設計する際には、この原理を利用して、添加物がどのように平衡に影響するかを予測し、所望のpHを維持できるようにします。

血液におけるバッファ機能

多くの生物は血液を自然なバッファとして利用し、狭いpH範囲でしか生存できません。血液中の緩衝系はpHをほぼ一定に保ち、腎臓は余分な化学物質を排除し、肺は二酸化炭素を呼気で除去してpH低下を防ぎます。これにより、体内環境が安定します。